一种海洋可控编码气枪震源以及设计方法
文献发布时间：2023-06-19 16:06:26
技术领域
本发明涉及海洋地震采集技术领域，尤其涉及一种海洋可控编码气枪震源以及设计方法。
背景技术
气枪是海洋地震勘探中的一种常用震源，其性能稳定、可靠，在一定的工作条件下，产生的子波一致性很好。气枪激发时，将高压空气释放到水中，迅速形成气泡，由于气泡的压力远大于周围海水的静压，导致气泡迅速扩张，瞬间产生第一个正的波形，即地震子波。在浮出水面之前，气泡在水中不断膨胀、压缩，形成气泡脉冲，每一次气泡胀缩都产生地震波。由于气泡不断胀缩导致气枪子波多次振荡，使地震子波长度变长、波形复杂，降低了地震资料的信噪比和分辨率。因此，压制气泡效应一直是海洋地震勘测中的一项重要研究课题。在海洋地震勘探采集领域，获得宽频的海洋地震原始资料是海洋地震勘探的重要环节。海洋地震勘探中，信号经过海面反射，会产生明显的鬼波影响，导致震源的频带宽度降低，影响地震信号的传播。可以通过立体震源组合技术，拓宽震源端的频带范围，有效提高海洋地震原始资料的分辨率和信噪比。因此，在海洋地质调查及油气资源勘探中气枪震源是海洋地震信息采集系统中的关键设备，尤其是针对海洋中深层目标勘探，震源中的频带宽度是最为重要的。随着海洋中深层油气资源的大量开采，高低频能量丰富的气枪震源受到越来越多的关注。目前国内外对于气枪震源低频拓展的研究较多，主要通过多子阵平面、立体组合的方法，利用组合子波能量，以达到拓宽震源子波频带，提高地震勘探地震波下传能力的目的。通过多子阵的组合对于提高震源高频效果明显，但是震源频带向低频延展的效果并不明显。
综上所述，震源的低频和高频成分很难兼顾，因此如何拓宽震源子波的频带的同时延展低频，是地球物理学领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种不但能够压制海面虚反射、而且兼顾震源低频和高频的海洋可控编码气枪震源以及设计方法。该气枪震源能够保证面向中深层不同层位的地震采集资料的质量。
一种海洋可控编码气枪震源，包括气枪阵列，所述气枪阵列由所述4个气枪子阵排列组合而成；该4个气枪子阵分别为：子阵1、子阵2、子阵3、子阵4；
其中，子阵1无延迟激发，子阵2和子阵3延迟激发24ms，子阵4延迟激发48ms。
进一步地，如上所述的海洋可控编码气枪震源，所述4个气枪子阵均由3条380cu.in、4条250cu.in、2条150cu.in、2条100cu.in的气枪组成；
所述气枪工作压力为2000psi，海水深度为20m，海面反射系数为-0.9。
进一步地，如上所述的海洋可控编码气枪震源，该气枪子阵容量为2640cu.in，长度为18m。
进一步地，如上所述的海洋可控编码气枪震源，2条所述380cu.in的气枪并列连接构成第一枪簇；2条所述150cu.in的气枪并列连接构成第二枪簇；2条所述250cu.in的气枪并列连接构成第三枪簇；
1条所述380cu.in的气枪、第一枪簇、一条所述250cu.in的气枪、第二枪簇、依次串接的两条100cu.in气枪、一条所述250cu.in气枪、第三枪簇依次串接构成所述气枪子阵；
其中，所述第一枪簇、第二枪簇、第三枪簇与其前后串接的气枪之间的间隔均为2.57m；组成枪簇的两条气枪间隔为0.8m；
所述依次串接的两条100cu.in的气枪、一条250cu.in的气枪之间的间隔均为2.5m。
进一步地，如上所述的海洋可控编码气枪震源，所述气枪阵列子阵间距为8m，阵列总容量为10560cu.in；所述阵列为平面阵列；阵列沉放深度为9m，拖缆沉放深度为9m。
进一步地，如上所述的海洋可控编码气枪震源，所述气枪阵列的子波主脉冲存在三个峰值，峰值间隔时间为24ms，子波波形包络的波长为72ms。
一种海洋可控编码气枪震源设计方法，包括以下步骤：
步骤A、设计大容量压制气泡效应的气枪子阵，并通过范德瓦尔斯非理想气体气枪子波模型模拟子阵激发子波；
步骤B、利用步骤A中所述的大容量压制气泡效应的子阵构建含四子阵的可控编码震源阵列，分别为子阵1、子阵2、子阵3、子阵4；
步骤C、对于步骤B中所述的可控编码震源阵列，调整各子阵的延迟激发时间，使可控编码震源阵列激发子波中主脉冲峰值在时间上偏移；
所述气枪阵列的子波主脉冲存在三个峰值，峰值间隔时间为24ms，子波波形包络的波长为72ms；
其中，子阵1无延迟，子阵2和子阵3延迟激发24ms，子阵4延迟激发48ms；
步骤D、通过范德瓦尔斯非理想气体气枪子波模型模拟所述步骤C中的可控编码震源阵列的激发子波，并计算步骤C中所述可控编码震源阵列激发子波的频谱。
进一步地，如上所述的海洋可控编码气枪震源设计方法，所述四子阵中，每个子阵均由3条380cu.in、4条250cu.in、2条150cu.in、2条100cu.in的气枪构成；
其中，2条所述380cu.in的气枪并列连接构成第一枪簇；2条所述150cu.in的气枪并列连接构成第二枪簇；2条所述250cu.in的气枪并列连接构成第三枪簇；
1条所述380cu.in的气枪、第一枪簇、一条所述250cu.in的气枪、第二枪簇、依次串接的两条100cu.in气枪、一条所述250cu.in气枪、第三枪簇依次串接构成所述气枪子阵；
其中，所述第一枪簇、第二枪簇、第三枪簇与其前后串接的气枪之间的间隔均为2.57m；组成枪簇的两条气枪间隔为0.8m；
所述依次串接的两条100cu.in的气枪、一条250cu.in的气枪之间的间隔均为2.5m。
进一步地，如上所述的海洋可控编码气枪震源设计方法，所述四子阵的子阵间距为8m，阵列总容量为10560cu.in；所述阵列为平面阵列；阵列沉放深度为9m，拖缆沉放深度为9m。
进一步地，如上所述的海洋可控编码气枪震源设计方法，所述气枪工作压力为2000psi，设定海水深度为20m，海面反射系数为-0.9。
本发明提供的海洋可控编码气枪震源，用于海洋宽频高分辨率立体观测系统，勘探采集浅海中深层地震反射信号并用于海洋地质调查和油气勘探。
本发明当阵列沉放深度为9m时，激发子波的性能最优。
本发明基于地震子波绝对宽度越大分辨率越高的基本理论和陆地可控震源的设计思路，利用激发时间与子波信号接收时间的关系，通过有规律的调整气枪阵列中各子阵的激发时间使得阵列激发的子波中各子阵的脉冲峰值在时间长偏移，最终构造了波长为72ms的超宽脉冲子波，该子波相对常规阵列子波具有同时兼顾高频和低频信息、分辨率高、能量下传能力强的优势。
附图说明
图1为本发明所述的大容量压制气泡效应的子阵平面图；
图2为本发明所述的大容量压制气泡效应的子阵的激发子波图；
图3为本发明提出的可控编码震源阵列平面图即各子阵激发时间示意图；
图4为本发明提出的可控编码震源激发子波及其频谱图；
图5为本发明提出的可控编码震源激发子波及频谱与常规阵列激发子波及频谱的对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
地震勘探是一种利用人工地震技术探测地下结构的勘探方法。它采用一定的方式人工激发和接收地震波，通过对反射信号的处理分析探测地下结构，不同的勘探区域采用的激发震源不尽相同，而海上气枪震源具有能量大,稳定性好,应用范围广等优点,因此海上气枪成为海上地震勘探中最广泛应用的震源。然而由于单个气枪激发信号太弱，后续的气泡脉冲干扰强，难以满足地震资料对信噪比和分辨率的要求，所以实际勘探中均使用气枪阵列进行组合激发,因此就如何进行气枪阵列的优化设计，就成为海上地震勘探的研究热点。
本发明根据气枪激发时间与子波信号接收时间的关系，通过有规律的调整枪阵列中各子阵的延迟时间，使得各子阵的激发子波接收时间延迟，即在阵列子波中属于不同子阵激发子波的主脉冲峰值在时间上发生偏移，构造子波波形包络更宽的超宽脉冲子波。
本发明提供一种海洋可控编码气枪震源的设计方法，包括以下步骤：
步骤A、设计大容量压制气泡效应的子阵，并通过范德瓦尔斯非理想气体气枪子波模型模拟子阵激发子波；
步骤B、利用步骤A中所述的大容量压制气泡效应的子阵构建含四子阵的可控编码震源阵列；
步骤C、对于步骤B中所述的可控编码震源阵列，调整各子阵的延迟激发时间，使可控编码震源阵列激发子波中主脉冲峰值在时间上偏移；
步骤D、通过范德瓦尔斯非理想气体气枪子波模型模拟所述步骤C中的可控编码震源阵列的激发子波，并计算步骤C中所述可控编码震源阵列激发子波的频谱。
所述步骤A中的大容量压制气泡效应射的子阵如图1所示，子阵容量为2640cu.in，长度为18m，由3条380cu.in、4条250cu.in、2条150cu.in、2条100cu.in气枪组成，气枪工作压力为2000psi，设定海水深度为20m，海面反射系数为-0.9，子阵沉放深度为9m，拖缆沉放深度为9m。
所述子阵的激发子波如图2所示。该子阵中大容量气枪占比重较大，这样的子阵具有压制气泡效应的作用，这种子阵激发的子波叠加后不至于气泡振荡很大(通常要求气枪激发子波的曲线越平滑越好，曲线越平滑低频越多，能量穿透能力越强，同时气泡效应越小子波分辨率越高)。
所述步骤B中的可控编码震源阵列如图3所示，由步骤A中所述子阵构成，子阵间距为8m，阵列总容量为10560cu.in，由12条380cu.in、16条250cu.in、8条150cu.in、8条100cu.in气枪组成，气枪工作压力为2000psi，设定海水深度为20m，海面反射系数为-0.9，所述阵列为平面阵列，阵列沉放深度为9m，拖缆沉放深度为9m。
考虑到要使各子阵激发子波主脉冲在波形上完全分开，并且阵列激发子波的波形包络主峰值凸出，计算了在阵列沉放9m，拖缆沉放9m时子阵激发的子波波长为24ms，因此最终确定所述步骤C中各子阵的延迟激发时间，如图3所示：子阵1无延迟，子阵2和子阵3延迟激发24ms，子阵4延迟激发48ms。
所述步骤D中的可控编码震源激发子波及其频谱图如图4所示。所述子波主脉冲存在三个明显的峰值，峰值间隔时间为24ms，子波波形包络的波长为72ms，即所述可控编码震源的激发子波为超宽脉冲子波。
如图5所示，其中带星号曲线代表了本发明提出的可控编码震源激发子波及频谱，无标记曲线为各子阵均不延迟激发的常规震源子波及频谱。由图5可知，本发明产生的震源子波波形包络宽，具有超宽脉冲子波的特征，同时兼顾了高频和低频信息，满足海洋中深层高分辨率地震勘探的需求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。